JPS5897265A - 電池用ニツケル電極の製造法 - Google Patents

電池用ニツケル電極の製造法

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JPS5897265A
JPS5897265A JP56195911A JP19591181A JPS5897265A JP S5897265 A JPS5897265 A JP S5897265A JP 56195911 A JP56195911 A JP 56195911A JP 19591181 A JP19591181 A JP 19591181A JP S5897265 A JPS5897265 A JP S5897265A
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JP
Japan
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paste
electrode
nickel
active material
electrodes
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Pending
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JP56195911A
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English (en)
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Tsutomu Iwaki
勉 岩城
Isao Matsumoto
功 松本
Mieko Watanabe
渡辺 美栄子
Ryoji Tsuboi
良二 坪井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/32Nickel oxide or hydroxide electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルカリ電池に用いる非焼結式ニッケル電極
の製造法に関する。
各種の電源として用いられている電池において、電解液
としてアルカリ水溶液を用いる系では、正極としてニッ
ケル極、酸化銀極、二酸化マンガン極、空気極などがあ
り、負極には、カドミウム極、鉄極、水素極などがある
。正極のうち、ニッケル極は、とくにアルカリ水溶液中
で安定であり、充放電の可逆性にも優れていて長寿命が
期待できること、さらには利用率の点でも優れているな
どの理由で最もよく使われている。とくにニッケルーカ
ドミウム電池は、二次電池として鉛電池についで実用化
されていて、今後も大きな需要の伸びが予測されている
。また、ニッケルー炬鉛電池やニッケルー鉄電池がとく
に電気自動車用として開発が進められ、また、ニッケル
ー水素電池が主に宇宙用など特殊な用途に対して実用段
階に入っている。
このようにニッケル極は広く用いられていて、その電極
構造としては、かつてはポケット式、最近は焼結式が主
流を占めている。ポケット式はよく知られているように
、孔を多く設けた鋼製の容器に水酸化ニッケルを黒鉛な
どの導電材とともに機械的に充填して得られている。し
たがって、電極は外観上は堅牢にできているが、活物質
は導電材や容器(ポケット)とは接触して存在している
のみであるから、大電流放電での分極が大きく、利用率
も低くなる。また、急充電などの苛酷な条件では寿命が
短くなる。
これに対して焼結式では、微孔を有する焼結体中に活物
質が強固に付着、内蔵された形で次項されているので、
上記ポケット式にみられるような問題は少なく、大電流
放電特性、急充電特性、寿命いずれの点でも大きな改良
がはかられている。
したがって特性のみからみれば焼結式はかなり理憩の段
階に達しているといえよう。ところが、焼結体の製造、
活物質の充填いずれにおいても工程は複雑であって、ボ
ケ、ト式に比べればかなり高価になる問題がある。焼結
式に代えて孔径、多孔度とも大きいスポンジ状金属多孔
体を活物質支持体として用い、これにペースト状にした
活物質を直接充填する方法が開発され、少なくとも活物
質の充填工程の簡易化がはかられている。
さらに簡単な方法がいわゆるペースト式であって、芯材
としてネット、孔あき板、エキスノ(ンドメタルなどの
二次元的な多孔体を用い、これに活物質と結着剤を混合
してペースト状にしたものを塗着し、これをスリットあ
るいはローラ間を通すことにより平滑化して、乾燥後、
必要に応じて加圧するものである。この方法は、芯材が
極めて安価であり、また活物質の充填も容易であるので
製法としては理想的であり、多くの提案がされている。
ペースト式電極の歴史は古く、製法はやや異なるがペー
スト式鉛極板は極めて広く用いられている。また、カド
ミウム極についても実用化されている。
これらに対してペースト式ニッケル極についても多くの
提案があるにもかかわらず、広く実用化できない理由と
しては1次のような点が挙げられる。
(1)ニッケルつまり活物質としての充電時でのオキシ
水酸化ニッケル、放電時の水酸化二。
ケルいずれもすぐれた導電体ではない。したがって導電
材を別に加える必要があり、加えても利用率が向上し難
い。また、加えすぎると絶対容量が小さくなってしまう
(至))充放電の繰り返しによシ活物質の体積変化は当
然であるが、二、ケル極では膨潤が激しく生じる。
主に上記の要因がペースト式ニッケル極の広範囲な実用
化を阻害しているのである。つまり、まず強度をあげて
(2)のような膨潤、またこれに伴う活物質の脱落を防
ぐ方法として、従来は種々の結着剤が考えられてきた。
結着剤としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
塩化ビニル、ポリスチレン、フッ素樹脂などや、ポリビ
ニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、エチル
セルロースなどがある。耐電解液性、耐酸化性の点では
勿論前者がすぐれているが1強度を向上させるために大
量に加えれば、電圧特性は劣り、利用率も低下してしま
う。これを抑制するためにニッケル粉末や黒鉛などが加
えられたが、多量に加えると活物質の占める割合が減少
するし、少ないと利用率が小さい点で問題があった。
以上の結着剤の添加やその他の耐電解液性の繊維は、ペ
ースト式あるいは加圧式の二、ケル極、いわゆる非焼結
式ニッケル極の特性や寿命をある程度向上させることが
できるが、従来の焼結式に比べるとはるかに劣るために
実用上広く用いられるには至っていない。
本発明は、この種ペースト状活物質を用いる電極を改良
して、容易に活物質の充填ができる長所をそのまま残し
て、放電特性や寿命を焼結式に近づけるすぐれた一つの
製造法を提供するものである。また本発明はポケット式
電極に適用すれば、利用率も向上できるものである。
本発明は、水酸化二、ケルを主とした正極材料にニッケ
ルとコバルトを混合し、スポンジ状金属多孔体を支持体
とする場合には、これをペースト状にしてスポンジ状多
孔体へすり込むように充填する。また、ペースト式の場
合もペースト状にして、スクリーン、孔あき板、エキス
バンドメタルなどの多孔性芯材に塗着する。また、ポケ
ット式の場合は、通常乾燥状態のままポケットに充填す
る。その後に、これら電極の形式にした後の状態で、活
物質が水でぬれた状態のままで徐々に空気に触れさせな
がら乾燥状態にすることを特徴とする。
本発明者らは、ニッケルとコバルトを水酸化ニッケルに
加え、これを水で湿潤状態にしてから、空気中で乾燥状
態にしていくことは、活物質の利用率に大きな効果があ
ることを見出し、晋に提案した。しかし、この場合の放
置は、たとえ攪拌を加えても数時間以上で乾燥状態にし
ていくことが好ましく、連続的な攪拌を加えない場合に
は、ペーストの量が増せば時間も増す方がよく、数日間
が好ましいことになる。つまり、ペースト量が増すほど
ペースト内部まで半乾操状態で空気中の酸素が拡散する
ことが困難となり、時間を要することになる。したがっ
て、このような放置は活物質の利用率向上のためには効
果があるが、工業的には放置のためのペースト量の増大
のために、容器、場所、労力を多く必要とし1問題にな
ってきた。
そこで本発明では、これを改良して、水酸化ニッケルを
主とし、これにニッケルとコバルトを含む活物質混合物
を用いて、電極あるいは電極に近い形状にしてから水で
湿潤状態にし、乾燥状態に極の間にわずかな間隔を設け
て放置できるので。
不必要に大きなペースト用容器は不要であり、また場所
や労力もペースト状で放置するよりも少なくてよく、時
間の短縮も一可能である。
なお、放置時の雰囲気としては、湿度が低いと急激に乾
燥されてしまうので、高湿度たとえば80〜100%湿
度の条件で放置しておくことが好ましい。このような条
件のもとて20℃で2〜3日間、30℃で1〜2日間%
40’Cで10〜2o時間程度が一つの目安である。な
お、乾燥が急激に生じる場合には、たとえばスプレーな
どを用いて再び水で湿潤状態にすることが好ましい。
なお、電極あるいは電極に近い形状(たとえば加圧前、
結着剤添加前など)のどの工程で湿潤状態にして放置す
るかについては、どの工程でもよい。スポンジ状多孔体
やペースト式では、ペーストを充填してそのまま、結着
剤として水溶媒を使う場合には、これを含浸してそのま
ま、あるいはできあがった電極をあらためて水でぬらし
放置してもかまわない。また、ポケット式では、ポケッ
トに充填抜水でぬらして放置するのがよい。
なお、放置の方法としては、わずかな間隔を設けて吊り
下げるか、多孔体を挾んで重ねるか通常の方法でよい。
つぎに1本発明を芯材として孔あき板を用いた場合を実
施例として説明する。
性能比較のための電池として、単2サイズの密閉形ニッ
ケルーカドミウム蓄電池を用いた。まず、共通の条件と
して、カドミウム負施は、以下のようにして製作した。
酸化カドミウム1000qK対してカーボニルニッケル
10qを加え、これにエチレングリコールに溶解したポ
リビニルアルコールを用いてペーストとし、二、ケルメ
ッキした鉄製のパンチングメタルの両面に塗着し、所定
の厚さに設定されたスリット中を通過させ、乾燥工程を
経て、厚さ0.7鵡の極板を得た。その後、苛性カリの
10重量%水溶液中で部分充電して酸化カドミウムの一
部を金属カドミウムに変化させ、さらに、水洗、乾燥後
、加圧して厚さQ、551!Bにした。
セパレータにはポリアミドの不織布を用い、電解液には
苛性カリの26重量%水溶液に少量の水酸化リチウムを
溶解したものを1セル当たり6.3CC用いた。
ニッケル正極を形成するペーストとしては200メ、ン
ユのふるいを通過する粒度の水酸化ニッケル1しとカー
ボニルニッケル100(i、黒鉛2゜qと直径0.1j
lil、長さ3〜6gのアクリロニトリル−塩化ビニル
共重合体繊維20qおよび金属コバルト6oqの混合物
に、カルボキシメチルセルロースの3重量%水溶液を1
9加えて調整した。
芯材には、厚さ01mの鉄板に孔径2m、中心間ピッチ
3鵡で開孔したパンチングメタルにニッケルメッキした
ものを使用した。この芯材の両面に上記ペーストを塗着
し、スリットを通過させた。
これを30℃、湿度96±6%のほぼ密閉した部屋に3
0時間放置し、はぼ乾燥した状態にした。
その後80℃で1時間完全乾燥した。ついで酢酸コバル
トの2ooq/Q水溶液中に含浸、乾燥。
苛性アルカリ水溶液中への浸せきで水酸化コバルトを添
加し、ローラ間全通して加圧し、厚さを0.68mとし
た。これに、ポリ4フツ化エチレン樹脂の水性ディスパ
ージョン(固形分10重量りを含浸し、100’Cで1
時間乾燥して電極とした。
この電極を単2形として幅38B、長さ220、+JC
’裁断し、前述のカドミウム極とセ・ζレータを用いて
電池を構成した。この電池をムとする。同じく放置条件
を40℃、湿度100%で16時間とした正極を用いた
電池をBとする。
また、ペーストの状態において、前記ム、Bにおける電
極形成後の放置条件と同じ条件で放置して乾燥状態とし
、これに水を加えたペーストを用いて電極を構成し、電
極状態での放置をしなかった正極を用いた電池をム、B
とする。同様にムにおける温度と湿度条件下でペースト
を7日間放置する工程をとった正極を用いた電池をム、
まったく放置の工程を経ない正極を用いた電池をCとす
る0 なお、電極を水で湿潤状態にして放置すると、る。理由
ははっきりしないが、コバルトが酸化されつつニッケル
や水酸化ニッケル中に拡散していくのではないかと推定
される。この反応は水にぬれた状態で酸素に触れること
で加速される。
これらの各電池の充填容量と各放電時での利用率および
0.15G充電−o、50放電の条件での充放電で、初
期容量の60%まで低下した場合を寿命の終了としたサ
イクル寿命を次表に示す。
この表より明らかなように、ペースト調整後直ちに使用
したり、ペーストで短時間、つまり本発明と同じ程度放
置した正極を用いた電池では1本発明のものに比べて利
用率が低く、また同じ条件で寿命を調べているので、利
用率が低いと負荷の負担も大きく寿命も短くなっている
なお、実施例では放置温度30℃と40℃の場合を示し
たが、これ以上の温度の場合には、乾燥とさらに押える
ことが必要である。この場合は前述のように水で追加湿
潤の操作を加えることが好ましい。
以上のように、゛本発明によれば、簡単な操作でニッケ
ル電極の利用率を向上することができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 填後ζ水で湿潤状態にして空気にさらしながら乾燥状態
    になるまで放置する工程を有する電池用ニッケル電極の
    製造法。 (2)  前記の放置する雰囲気の湿度が、80〜10
    0%程度である特許請求の範囲第1項記載の電池用ニッ
    ケル電極の製造法。
JP56195911A 1981-12-04 1981-12-04 電池用ニツケル電極の製造法 Pending JPS5897265A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5564375A (en) * 1978-11-07 1980-05-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of positive pole for alkaline storage battery

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5564375A (en) * 1978-11-07 1980-05-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of positive pole for alkaline storage battery

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